introdução ao projeto de aeronaves€¦ · de sustentação e a força de arrasto (l/d) é menor...

Apresentação Desenvolvida por:

Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues

Introdução ao Projeto de

Aeronaves

Conceitos Fundamentais

Revista Eletrônica AeroDesign Magazine – Volume 1, nº1, 2009

Fundamentos do Projeto

• Projeto conceitual;

• Aerodinâmica;

• Desempenho;

• Estabilidade;

• Análise estrutural;

• Projeto detalhado;

• Construção do protótipo;

• Ensaios em voo.


Perspectiva Histórica – 14 Bis

• 1º voo de uma aeronave mais pesada que o ar;

• Paris – 23/10/1906;

• Alberto Santos Dumont;

• Altura 3m do solo;

• Distância percorrida 60m.


“Demoiselle” - Santos Dumont


Evolução das Aeronaves


Componentes de uma Aeronave


Fuselagem

• A fuselagem inclui a cabine de comandos, que contém os assentos para

seus ocupantes e os controles de voo da aeronave, também possui o

compartimento de carga e os vínculos de fixação para outros

componentes principais do avião.


Asas

• As asas são superfícies sustentadoras unidas a cada lado da fuselagem e

representam os componentes fundamentais que suportam o avião no

voo.


Nomenclatura do Perfil e da Asa


Empenagem

• A empenagem possui como função principal estabilizar e controlar o

avião durante o voo.


Tipos de Empenagem


Trem de Pouso

• As funções principais do trem de pouso são apoiar o avião no solo e

manobrá-lo durante os processos de taxiamento, decolagem e pouso.


Grupo Motopropulsor

• O grupo motopropulsor é

formado pelo conjunto motor e

hélice. A função primária do

motor é fornecer a potência

necessária para colocar a hélice

em movimento de rotação, uma

vez obtido esse movimento, a

hélice possui a função de gerar

tração para impulsionar o avião


Superfícies de Controle


Funcionamento das Superfícies de Controle


Fundamentos de Aerodinâmica


Definição de Aerodinâmica

• A aerodinâmica é o estudo do movimento de fluidos gasosos, relativo às suas

propriedades e características, e às forças que exercem em corpos sólidos

neles imersos.


Análise CFD de um

perfil aerodinâmico

Forças Atuantes na Aeronave

• L = Força de sustentação;

• D = Força de arrasto;

• T = Força de tração ou empuxo;

• W = Peso da aeronave.


Física da Força de Sustentação


Teorema de Bernoulli

Perfil Aerodinâmico

• Critérios de seleção de um novo perfil aerodinâmico:

• Influência do número de Reynolds;

• Características aerodinâmicas do perfil;

• Dimensões do perfil;

• Escoamento sobre o perfil;

• Velocidades de operação desejada para a aeronave;

• Eficiência aerodinâmica do perfil;

• Limitações operacionais da aeronave.


Coeficiente de Sustentação

• O coeficiente de sustentação representa a eficiência do perfil em gerar a

força de sustentação. Perfis com altos valores de coeficiente de sustentação

são considerados como eficientes para a geração de sustentação.

• O coeficiente de sustentação é função do modelo do perfil, do número de

Reynolds e do ângulo de ataque.


Coeficiente de Arrasto

• Tal como o coeficiente de sustentação, o coeficiente de arrasto representa a

medida da eficiência do perfil em gerar a força de arrasto.

• Enquanto maiores coeficientes de sustentação são requeridos para um perfil

ser considerado eficiente para produção de sustentação, menores coeficientes

de arrasto devem ser obtidos, pois um perfil como um todo somente será

considerado aerodinamicamente eficiente quando produzir grandes

coeficientes de sustentação aliados a pequenos coeficientes de arrasto


Forças e Momento no Perfil


Asas de Envergadura Finita

• Forma Geométrica;

• Fixação da Asa na Fuselagem.


Forma Geométrica da Asa


Asa Retangular

• É uma asa de baixa eficiência aerodinâmica, ou seja, a relação entre a força

de sustentação e a força de arrasto (L/D) é menor quando comparada a uma

asa trapezoidal ou elíptica, isto ocorre devido ao arrasto de ponta de asa

também conhecido por arrasto induzido, que no caso da asa retangular é

maior que em uma asa trapezoidal ou elíptica


Asa Trapezoidal

• É uma asa de ótima eficiência aerodinâmica, pois com a redução gradativa

da corda entre a raiz e a ponta da asa consegue-se uma significativa redução

do arrasto induzido. Nesse tipo de asa o processo construtivo torna-se um

pouco mais complexo uma vez que a corda de cada nervura possui uma

dimensão diferente.


Asa Elíptica

• Representa a asa ideal, pois é a que proporciona a máxima eficiência

aerodinâmica, porém é de difícil fabricação e mais cara quando comparada

às outras formas apresentadas.


Fixação das Asas na Fuselagem


Alongamento

• O alongamento representa a relação entre o quadrado da envergadura e a

área da asa.

• O alongamento na prática é uma poderosa ferramenta para se melhorar

consideravelmente o desempenho da asa, pois com o seu aumento é possível

reduzir de maneira satisfatória o arrasto induzido.


Influência do Alongamento

• Asas de alto alongamento:

• Problemas de ordem estrutural;

• Problemas de manobrabilidade.


Relação de Afilamento


Distribuição de Sustentação


Comparação CL Perfil x Asa


Estol em Asas

• A velocidade de estol representa a mínima velocidade com a qual se

consegue manter uma aeronave em voo nivelado.


Ensaio em Voo para Verificação do Estol


Fios de lã presos ao extradorso da asa

Túnel de Vento - Estol


Arrasto em Aeronaves

• Arrasto Parasita: proveniente de todas as partes da aeronave que não

contribuem com a sustentação;

• Arrasto Induzido: proveniente da geração de sustentação na asa (vórtice de

ponta de asa);

• Arrasto de Onda: ocorre em voos transônicos ou supersônicos;


Arrasto Induzido


Túnel de Vento – Arrasto Induzido


Polar de Arrasto da Aeronave


Análise de Desempenho


Voo Reto e Nivelado


• Equilíbrio estático;

• L = W (Sustentação = Peso);

• T = D ( Tração = Arrasto).

Tração Disponível e Requerida


Potência Disponível e Requerida


Efeitos da Altitude


Desempenho de Subida


Razão de Subida


• Representa a velocidade vertical

da aeronave, calculado a partir

da sobra de potência.

vsenCRW

PP rd ==−

/

Desempenho de Descida


• Similar ao cálculo do

desempenho de subida;

• Razão de descida:

representa a velocidade

de descida vertical da

aeronave.

Polar de Velocidades no Planeio


Decolagem


• 2ª Lei de Newton;

• Velocidade de decolagem

20% maior que a

velocidade de estol;

• Requisito fundamental

(comprimento de pista e

peso de decolagem).

lovLmáx

LoLWDTCSg

WS

7,0

2

)(

44,1

−+−

=

Influência da Altitude na Decolagem


Pouso


• Similar ao cálculo de

decolagem;

• Tração nula T = 0;

• Velocidade de aproximação

30% maior que a

velocidade de estol.

Influência da Altitude no Pouso


Diagrama v-n de Manobras


Voo em Curvas


• Raio de curvatura mínimo

• Máximo ângulo de inclinação das asas

Teto Absoluto


Estabilidade e Controle


Eixos de Referência


Estabilidade Longitudinal


Posição do Centro de Gravidade


Momentos em uma Aeronave


Ponto Neutro e Margem Estática


Passeio do CG


Estabilidade Direcional


Estabilidade Lateral


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